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1、无机材料物理化学无机材料物理化学本课程是无机非金属材料与工程专业的一门重要基础理论课程，也是我专业的考研课程。本课程是无机非金属材料与工程专业的一门重要基础理论课程，也是我专业的考研课程。本课程阐述无机材料的化学组成、晶体结构与各种物性间的关系；并对无机材料制造过程中各种化学和物理变化作热力学和动力学的分析，并说明诸工艺因素和添加物对这些过程的影响规律；从而培养学生对无机材料的设计、制备、改性和选材的能力。本课程阐述无机材料的化学组成、晶体结构与各种物性间的关系；并对无机材料制造过程中各种化学和物理变化作热力学和动力学的分析，并说明诸工艺因素和添加物对这些过程的影响规律；从而培养学生对无机材料
2、的设计、制备、改性和选材的能力。无机材料物理化学无机材料物理化学第一章结晶学基础第一章结晶学基础第二章晶体结构与晶体中的缺陷第二章晶体结构与晶体中的缺陷第三章熔体与玻璃体（此内容放到工艺学中讲授）第三章熔体与玻璃体（此内容放到工艺学中讲授）第四章表面与界面第四章表面与界面第五章热力学的应用 （略讲）第五章热力学的应用 （略讲）第六章相平衡第六章相平衡第七章扩散与固相反应第七章扩散与固相反应第八章相变第八章相变第九章烧结第九章烧结序言序言0.1 材料的研究与发展0.1 材料的研究与发展材料一直与人类生活的各个方面紧密相关。人类文明史上的所谓石器、陶器、铜器、铁器时代就是按生产活动中起主要作用的材
3、料划分的，材料曾被看作是人类社会进化的里程碑。显而易见，每一种重要的新材料的发现和应用，均会给社会生产和人类的生活造成巨大影响，对人类文明的前进起巨大的推动作用。材料科学的进展促进了国民经济和现代科学技术的发展，而国民经济和现代科学技术的进步又为新材料的发展提供了方向和技术。材料一直与人类生活的各个方面紧密相关。人类文明史上的所谓石器、陶器、铜器、铁器时代就是按生产活动中起主要作用的材料划分的，材料曾被看作是人类社会进化的里程碑。显而易见，每一种重要的新材料的发现和应用，均会给社会生产和人类的生活造成巨大影响，对人类文明的前进起巨大的推动作用。材料科学的进展促进了国民经济和现代科学技术的发展，
4、而国民经济和现代科学技术的进步又为新材料的发展提供了方向和技术。日新月异的无机材料日新月异的无机材料材料是人类赖以生存和发展的物质基础，材料是人类赖以生存和发展的物质基础，材料是人类赖以生存和发展的物质基础，材料是人类赖以生存和发展的物质基础，一直是人类进步的一个重要里程碑。材料的发一直是人类进步的一个重要里程碑。材料的发一直是人类进步的一个重要里程碑。材料的发一直是人类进步的一个重要里程碑。材料的发展史就是一部人类文明史展史就是一部人类文明史展史就是一部人类文明史展史就是一部人类文明史在今天的材料家族中，有一类非常重要的在今天的材料家族中，有一类非常重要的在今天的材料家族中，有一类非常重要的
5、在今天的材料家族中，有一类非常重要的材料叫材料叫材料叫材料叫新型无机非金属材料新型无机非金属材料新型无机非金属材料新型无机非金属材料。上海：三大技术支柱（生物、信息、上海：三大技术支柱（生物、信息、上海：三大技术支柱（生物、信息、上海：三大技术支柱（生物、信息、材料材料材料材料）材料技术在经过了漫长的缓慢发展时期后，进入20世纪后，逐渐得到了快速的发展，材料的品种正在日新月异地增加。在50年代以后，塑料、橡胶、人造纤维、先进陶瓷和复合材料等的迅速崛起，极大地促动了其他领域中新技术的革命。如光纤材料的开发对于光通讯的发展起了至关重要的作用，集成化、超小型电子材料支撑了计算机技术的革命。勿容置疑，
6、材料对科学技术的发展、对时代的进步起着关键性的作用。目前一场全方位、多层次的技术革命正在全世界蓬勃兴起，新材料已与生物技术、信息技术一起，正成为现代科学技术的三大支柱之一。材料技术在经过了漫长的缓慢发展时期后，进入20世纪后，逐渐得到了快速的发展，材料的品种正在日新月异地增加。在50年代以后，塑料、橡胶、人造纤维、先进陶瓷和复合材料等的迅速崛起，极大地促动了其他领域中新技术的革命。如光纤材料的开发对于光通讯的发展起了至关重要的作用，集成化、超小型电子材料支撑了计算机技术的革命。勿容置疑，材料对科学技术的发展、对时代的进步起着关键性的作用。目前一场全方位、多层次的技术革命正在全世界蓬勃兴起，新材
7、料已与生物技术、信息技术一起，正成为现代科学技术的三大支柱之一。序言序言材料的研究与发展材料的研究与发展新型无机材料的应用新型无机材料的应用材料科学是研究材料的成份、制备工艺、结构与性能间关系的科学。近20年来，对材料科学的研究已更多地与其他学科进行交叉、渗透，相互补充，形成了许多新的边缘学科。新材料的开发，体现出了固体物理、有机化学、量子化学、量子力学、固体力学、冶金科学、陶瓷、生物学、微电子学、光电子学等多学科的研究成果。深入的基础研究使新材料、新工艺、新装备、新技术不断加速涌现，对现代信息技术、空间技术、电子技术、生物技术、人体器官置换、光电子技术、环境科学、机械加工等领域的发展起着极为
8、关键的作用。材料科学是研究材料的成份、制备工艺、结构与性能间关系的科学。近20年来，对材料科学的研究已更多地与其他学科进行交叉、渗透，相互补充，形成了许多新的边缘学科。新材料的开发，体现出了固体物理、有机化学、量子化学、量子力学、固体力学、冶金科学、陶瓷、生物学、微电子学、光电子学等多学科的研究成果。深入的基础研究使新材料、新工艺、新装备、新技术不断加速涌现，对现代信息技术、空间技术、电子技术、生物技术、人体器官置换、光电子技术、环境科学、机械加工等领域的发展起着极为关键的作用。序言序言材料的研究与发展材料的研究与发展传统陶瓷（天然硅酸盐矿）：各中粘土烧制而成。传统陶瓷（天然硅酸盐矿）：各中粘
9、土烧制而成。(Silicate Ceramics) 特种陶瓷（人工化合物：氧化物、氮化物、硼化物、碳化物）特种陶瓷（人工化合物：氧化物、氮化物、硼化物、碳化物）无机非金属材料无机非金属材料 Inorganic nonmetallic Materials水泥和混凝土玻璃耐火材料陶瓷（器）水泥和混凝土玻璃耐火材料陶瓷（器）分类分类新型材料的界定和分类新型材料的界定和分类新出现或已在发展中 具有传统材料所不具备 的优异性能和特殊功能新出现或已在发展中 具有传统材料所不具备 的优异性能和特殊功能特种结构陶瓷 先进复合材料 电子信息材料特种结构陶瓷 先进复合材料 电子信息材料新能源材料新能源材料纳米材料
10、纳米材料生物材料等生物材料等新材料与传统材料之间其实并没有截然新材料与传统材料之间其实并没有截然新材料与传统材料之间其实并没有截然新材料与传统材料之间其实并没有截然的分界，传统材料经过组成、结构、设的分界，传统材料经过组成、结构、设的分界，传统材料经过组成、结构、设的分界，传统材料经过组成、结构、设计和工艺上的改进从而提高材料性能或计和工艺上的改进从而提高材料性能或计和工艺上的改进从而提高材料性能或计和工艺上的改进从而提高材料性能或出现新的性能都可发展成为新材料出现新的性能都可发展成为新材料出现新的性能都可发展成为新材料出现新的性能都可发展成为新材料特殊的先进工艺特殊的先进工艺纯氧化物复合氧化
11、物硅、碳等无机非金属化合物纯氧化物复合氧化物硅、碳等无机非金属化合物新型无 机材料新型无 机材料新型无机材料与经典硅酸盐材料的区别新型无机材料与经典硅酸盐材料的区别固有的静态物理性状固有的静态物理性状微观现象利用各种物理效应微观现象利用各种物理效应在极端条件下使用在极端条件下使用制备工艺制备工艺?单晶化单晶化?纤维化纤维化?薄膜化薄膜化?复合化复合化新型无机非金属材料的特性1能承受高温，强度高。 2具有电学特性。 3具有光学特性。 4具有生物功能。氮化硅陶瓷在1200具有很高强度氮化硅陶瓷在1200具有很高强度半导体集成电路半导体集成电路4英寸蓝宝石晶体英寸蓝宝石晶体生物活性材料生物活性材料新
12、材料的重要发展方向新材料的重要发展方向特种结构陶瓷特种结构陶瓷：高强高温结构陶瓷、复合材料：高强高温结构陶瓷、复合材料功能材料功能材料：这是新材料中发展很快的一个重要方：这是新材料中发展很快的一个重要方向，如半导体、激光、红外、超导、电子、磁性、发光、液晶、换能、传感材料等，品种繁多，前景广阔。向，如半导体、激光、红外、超导、电子、磁性、发光、液晶、换能、传感材料等，品种繁多，前景广阔。新能源材料新能源材料：太阳能、磁流体发电、氢能等新能源发：太阳能、磁流体发电、氢能等新能源发展，同时促进了各种高温热、储能、换能材料的发展。展，同时促进了各种高温热、储能、换能材料的发展。纳米材料纳米材料生物医
13、用材料生物医用材料新型无机非金属材料的简介新型无机非金属材料的简介新型无机非金属材料的简介新型无机非金属材料的简介氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷主要特性主要特性超硬度，耐磨损；抗腐 蚀，高温时也抗氧化；抗冷 热冲击而不碎裂；耐高温且 不易传热；本身具有润滑性超硬度，耐磨损；抗腐 蚀，高温时也抗氧化；抗冷 热冲击而不碎裂；耐高温且 不易传热；本身具有润滑性主要用途主要用途制造轴承、汽轮机叶片、机械 密封环、永久性模具等机械构 件。用于制造柴油机中发动机 部件的受热面等制造轴承、汽轮机叶片、机械 密封环、永久性模具等机械构 件。用于制造柴油机中发动机 部件的受热面等一、特种结构陶瓷一、特种结构陶瓷：高强高温
14、结构陶瓷、复合材料：高强高温结构陶瓷、复合材料碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷各种形状的高精密部件各种形状的高精密部件 (可长期工作于极端高温条件 下的氧化腐蚀等苛刻条件下可长期工作于极端高温条件 下的氧化腐蚀等苛刻条件下)切削刀具（用于车床）切削刀具（用于车床）氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷（人造刚玉）氧化铝陶瓷（人造刚玉）主要特性主要特性高熔点；高硬度；可制 成透明陶瓷；无毒、不溶于 水，强度高；对人体有较好 的适应性高熔点；高硬度；可制 成透明陶瓷；无毒、不溶于 水，强度高；对人体有较好 的适应性主要用途主要用途高级耐火材料，刚玉球磨机； 高压钠灯的灯管、人造骨、人 造牙、人造心瓣膜、人造关节 等高
15、级耐火材料，刚玉球磨机； 高压钠灯的灯管、人造骨、人 造牙、人造心瓣膜、人造关节 等? 高温结构陶瓷高温结构陶瓷-氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷高压钠灯高压钠灯的灯泡为氧化铝陶瓷，能高压钠灯的灯泡为氧化铝陶瓷，能高压钠灯的灯泡为氧化铝陶瓷，能高压钠灯的灯泡为氧化铝陶瓷，能 抵御高温钠蒸气抵御高温钠蒸气抵御高温钠蒸气抵御高温钠蒸气(1400(1400(1400(1400) ) ) )强烈腐蚀强烈腐蚀强烈腐蚀强烈腐蚀耐磨耐酸的陶瓷珠耐磨耐酸的陶瓷珠 (Al2O3or ZrO2）先进复合材料先进复合材料用无压浸渗法制备用无压浸渗法制备 的铝基复合材料的铝基复合材料复合材料是由两种或多种性质不同的材料 通过物理
16、和化学复合，组成具有两个或两 个以上相态结构的材料。该类材料不仅性 能优于组成中的任意一个单独的材料，而 且还可具有组分单独不具有的独特性能复合材料是由两种或多种性质不同的材料 通过物理和化学复合，组成具有两个或两 个以上相态结构的材料。该类材料不仅性 能优于组成中的任意一个单独的材料，而 且还可具有组分单独不具有的独特性能未来复合材料的研究方向主要集中在纳米复合材料、仿生复合材料、和发展多功能、机敏、智能复合材料等领域未来复合材料的研究方向主要集中在纳米复合材料、仿生复合材料、和发展多功能、机敏、智能复合材料等领域结构材料通常按基体的不同分为聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳基复合材料和水泥基复合材料等。结构材料通常按基体的不同分为聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳基复合材料和水泥基复合材料等。碳纤维碳纤维密度密度 1.75拉张强度拉张强度 3.50汽车工业、坦克等汽车工业、坦克等钢 铁钢 铁 拉张强度拉张强度 1.30强度系数强度系数 0 .17
